Tài liệu Luận văn tìm hiểu một số thuật toán giấu tin mật trong ảnh kỹ thuật số và xây dựng một thuật toán giấu tin mật​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TẠ THỊ THU QUYÊN TÌM HIỂU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH KỸ THUẬT SỐ VÀ XÂY DỰNG MỘT THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TẠ THỊ THU QUYÊN TÌM HIỂU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH KỸ THUẬT SỐ VÀ XÂY DỰNG MỘT THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS. Hồ Văn Canh THÁI NGUYÊN, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả tìm hiểu, nghiên cứu trong luận văn là của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các trích dẫn số liệu và kết quả tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp phát. Thái nguyên, tháng 6 năm 2017 Tác giả luận văn Tạ Thị Thu Quyên ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN …………………………………………………………….i MỤC LỤC ............................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................... v LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................1 2. Những đóng góp của luận văn ............................................................................1 3. Bố cục của luận văn ............................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ........................... 3 1.1 Khái niệm: .........................................................................................................3 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin:................................................................................3 1.3 Các đặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh: ............................................4 1.4 Ứng dụng phổ biến của kỹ thuật giấu tin: .........................................................6 1.5 Các tiêu chuẩn đánh giá và so sánh các kỹ thuật giấu tin trong ảnh .............8 1.6 Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin: ...............................................10 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH SỐ ................... 11 2.1 Kỹ thuật giấu tin mật .......................................................................................11 2.1.1 Kỹ thuật giấu tin theo khối bit .................................................................11 2.1.2 Thuật toán Wu-lee [10] ............................................................................14 2.1.3 Thuật toán giấu tin Chen-Pan-Tseng [16] ................................................17 2.2 Kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin mật ...........................................................24 2.2.1 Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh. ..................................................24 2.2.2 Kỹ thuật phân tích đối ngẫu .....................................................................27 2.2.3 Kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA .............................................................30 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MỘT THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT .............................. 36 3.1 Thuật toán giấu tin mật mới [10][15] ............................................................36 3.1.1 Một số cơ sở lý thuyết toán học ...............................................................36 3.1.2 Ứng dụng .................................................................................................40 3.1.3 Xây dựng thuật toán giấu tin trong ảnh ....................................................42 3.1.4 Ví dụ ứng dụng thuật toán .......................................................................44 iii 3.1.5. Độ an toàn của thuật toán ........................................................................46 3.1.6 Nhận xét đánh giá....................................................................................47 3.1.7 Kết quả thử nghiệm ..................................................................................48 3.2. Chương trình thử nghiệm ...............................................................................49 3.2.1 Môi trường cài đặt ....................................................................................49 3.2.2 Mô hình hệ thống .....................................................................................49 KẾT LUẬN.......................................................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 54 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1 BMP Basic Metabolic Panel - Ảnh bipmap 2 GIF Graphics Interchange Format - Ảnh có định dạng GIF 3 JPEG Joint Photographic Experts Group - Ảnh nén JPEG 4 LSB Least Significant Bit - Bit có trọng số thấp nhất 5 PNG Portable Network Graphics - Ảnh nén PNG 6 PoV Pairs of Values - cặp giá trị điểm ảnh chẵn/lẻ 7 HVS Human Vision System 8 RGB Red – Green – Blue v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Minh họa giấu bit b = 0 vào khối nhị phân B ............................................ 12 Hình 2.2 Minh họa giấu dãy bit M = 110 vào 4 khối ảnh nhị phân .......................... 16 Hình 2.3 Minh họa kết quả sau khi giấu tin theo thuật toán Chen-Pan-Tseng ......... 24 Hình 2.4 Xích hữu hạn trạng thái với các trạng thái là các tập con của C m (m > 0) 33 Hình 2.5 Xích hữu hạn trạng thái cho tập C0 ........................................................... 33 Bảng 3.1 Bảng quy đổi .............................................................................................. 42 Hình 3.1 Giao diện chính của chương trình .............................................................. 50 Hình 3.2 Giao diện giấu tin ....................................................................................... 51 Hình 3.3 Giao diện giấu file dữ liệu .......................................................................... 51 Hình 3.4 Giao diện tách tin ....................................................................................... 52 Hình 3.5 Ảnh trước và sau khi giấu tin ..................................................................... 52 vi LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong trường Đại học công nghệ thông tin và truyền thông Đại học Thái Nguyên đã hết lòng dạy dỗ chỉ bảo, tạo điều kiện tốt cho em trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn này. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Hồ Văn Canh người đã trực tiếp quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp đỡ và tạo điều kiện hết sức thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin kính chúc thầy và gia đình luôn luôn mạnh khỏe và hành phúc. Tôi cảm ơn các bạn đồng khóa, các đồng nghiệp và gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập tại trường Đại học công nghệ thông tin và truyền thông Đại học Thái Nguyên cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này. Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn. Thái nguyên, tháng 6 năm 2017 Tạ Thị Thu Quyên 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặc biêt là sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet, ngày càng có nhiều thông tin được trao đổi trên mạng. Theo đó là sự ra đời của các phần mềm có nhiều tính năng, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy ghi âm kỹ thuật số, điện thoại thông minh, ti vi thông minh… đã đến với người tiêu dùng. Mạng Internet toàn cầu đã trở thành một mạng xã hội ảo, nơi mà mọi người có thể giao lưu, trao đổi thông tin trên mọi lĩnh vực như văn hóa xã hội, kinh tế chính trị, an ninh quốc phòng, giáo dục, y tế…. Với môi trường thuận lợi như vậy thì nhiều vấn đề như ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy cập trái phép thông tin ngày càng gia tăng. Để đảm bảo độ an toàn và tính bí mật cho thông điệp truyền đi, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra như phương pháp dùng mật mã học. Phương pháp này sẽ mã hoá thông tin làm cho bản thông điệp được biết rõ là đã bị mã hoá. Dễ gây ra sự chú ý với đối phương. Trong thời gian gần đây, người ta thường sử dụng phương pháp giấu tin mật trong đa phương tiện, phương pháp này làm cho các đối tượng mang tin mật khó có thể bị phát hiện bằng kỹ thuật thông thường vì nó không làm thay đổi nhiều nội dung ban đầu của đối tượng mang thông điệp. Đây là một phương pháp mới, đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Nó được xem như một công nghệ chìa khóa cho vấn đề bảo vệ bản quyền, an toàn thông tin và điều khiển truy cập… ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin. Giấu tin là một lĩnh vực rộng lớn. Trong đó môi trường giấu tin phổ biến và rộng rãi nhất là ảnh kỹ thuật số. Xuất phát từ thực tế đó, nên em lựa chọn đề tài “Tìm hiểu một số thuật toán giấu tin mật trong ảnh kỹ thuật số và xây dựng một thuật toán giấu tin mật”. 2. Những đóng góp của luận văn Trong luận văn này tôi sẽ trình bày một số thuật toán giấu tin mật đã được công bố và đánh giá một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin dựa trên phương pháp phân tích thống kê. Bên cạnh đó luận văn cũng đề xuất một thuật toán giấu tin mật. 3. Bố cục của luận văn Nội dung của luận văn gồm có: Phần mở đầu, ba chương chính, kết luận, mục lục và tài liệu tham khảo. Nội dung cơ bản của luận văn được trình bày như sau: 2 Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Chương này sẽ trình bày tổng quan về kỹ thuật giấu tin Chương 2: Tìm hiểu một số thuật toán giấu tin mật trong ảnh kỹ thuật số. Chương này sẽ phân tích, đánh giá một số thuật toán giấu tin mật đã được công bố: Kỹ thuật giấu tin theo khối bit, thuật toán Wu-lee, thuật toán Chang – Pang – Tseng và trình bày một số kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin mật. Chương 3: Xây dựng một thuật toán giấu tin mật. Chương này sẽ trình bày thuật toán đề xuất và đánh giá độ an toàn của từng thuật toán. Cài đặt thử nghiệm việc giấu tin dựa theo thuật toán đề xuất. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 1.1 Khái niệm: Giấu tin (Steganography) là kỹ thuật giấu hoặc nhúng một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. [1] Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc. Kỹ thuật giấu tin thường nhằm đến hai mục đích chính đó là: + Bảo mật cho dữ liệu được đem giấu. + Bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Môi trường giấu tin rất đa dạng có thể là giấu trong file ảnh, text, audio … Trong đó có giấu tin trong ảnh (image steganography) là kỹ thuật phổ biến hiện nay. Nó lợi dụng một số thông tin dư thừa của dữ liệu ảnh gốc để giấu hoặc nhúng thông tin vào đó. Kỹ thuật giấu này đảm bảo chỉ người giấu và người tách biết được thông tin đã giấu, còn những người khác không thể cảm nhận được sự tồn tại của thông tin đã giấu trong ảnh. 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin: Do kỹ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây nên xu hướng phát triển vẫn chưa ổn định. Nhiều phương pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và sẽ được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có được. Sơ đồ phân loại trên hình 1.1 được Fabien A. P. Petitcolas đề xuất năm 1999. Giấu tin chia theo hai lĩnh vực chính là giấu tin mật và thủy vân số. Đối với kỹ thuật giấu tin mật thì việc giấu tin sẽ quan tâm tới việc giấu các tin sao cho thông tin giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thường. Thủy vân số: việc giấu tin sẽ quan tâm tới việc đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. 4 Infomation hiding Watermarking Steganograph y Robust Copyright Fragile Watermarking Imperceptible Visible Watermarking Watermarking Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 1.3 Các đặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh: Hiện nay, vì phạm vi thông dụng của ảnh mà kỹ thuật giấu tin phần lớn là kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Đổi tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu được tri giác tĩnh có nghĩa là dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian. Với nhiều định dạng và tính chất của các ảnh khác nhau ta có một số tính chất sau: + Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh (Cover Object) Dữ liệu gốc ở đây là ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh hay chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh không thay đổi theo thời gian. + Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác nhau. Chẳng hạn như đối với ảnh đen trắng, ảnh xám, ảnh màu đều đòi hỏi các kỹ năng riêng. Ảnh nén và không nén cùng có các kỹ thuật giấu khác nhau do ảnh nén có thể mất mát thông tin. + Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người (HVS) 5 Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc. Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác (HVS – Human Vision System) của con người nên các kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh rất nhỏ sao cho bằng mắt thường không thể nhận ra được sự khác biệt vì có như thế mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu. + Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thay đổi kích thước ảnh. Khi giấu thông tin các phương pháp đều biến đổi các giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy kích thước ảnh trước hay sau giấu tin là như nhau. + Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu tin Sau khi giấu thông tin bên trong ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu và ảnh đa cấp xám bởi mỗi pixel ảnh được biểu diễn trên nhiều bit, nhiều giá trị và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giấu khó bị phát hiện. Nhưng đối với ảnh đen trắng thì việc giấu tin phức tạp hơn nhiều, vì ảnh đen trắng mỗi pixel chỉ gồm hai giá trị hoặc trắng hoặc đen và khi biến đổi một bit từ đen sang trắng và ngược lại thì rất dễ bị phát hiện. Vì thế với mỗi loại ảnh ta phải áp dụng các kỹ thuật giấu riêng để đảm bảo chất lượng ảnh. + Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ một biến đổi nào trên ảnh. Vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu sẽ bị sai lệch. Chính đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin. 6 + Khi giải tin có thể cần ảnh gốc Các kỹ thuật giấu tin phải phân biệt rõ ràng quá trình giải mã để lấy thông tin giấu có cần ảnh gốc hay không. Đa số với kỹ thuật giấu tin mật thì không cần ảnh gốc khi giải mã, thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng với dự liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh mang thông tin giấu mà không dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu. Tuy nhiên, nhiều kỹ thuật giấu tin cũng sử dụng ảnh gốc khi giải mã ảnh, phương pháp này có tác dụng giúp cho việc đồng bộ hóa ảnh giấu và ảnh gốc. Điều này rất cần thiết khi phải xử lý với các tấn công hình học trên ảnh ( phép xoay ảnh). Nhưng phương pháp này cũng gặp khó khăn khi dữ liệu gốc lớn (giấu tin trong video) Đối với kỹ thuật giấu tin mật (Steganography) thì các tính chất ẩn, lượng thông tin giấu và độ an toàn là ba tính chất quan trọng nhất 1.4 Ứng dụng phổ biến của kỹ thuật giấu tin: + Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection) Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số (digital watermarking) - một dạng của phương pháp giấu tin. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (người ta gọi nó là thuỷ vân - watermark) sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thuỷ vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được lưu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền” vào sản phẩm này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá huỷ sản phẩm. + Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin 7 Một tập các thông tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa sau đó được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không. Các thuỷ vân nên được ẩn để tránh được sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét. Trong các ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi (ví dụ như phân biệt xem một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ liệu). Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin nhiều và thuỷ vân không cần bền vững trước các phép xử lý trên đối tượng đã được giấu tin. + Nhận dạng vân tay hay dán nhãn Thuỷ vân được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó trong ứng dụng phân phối sản phẩm. Thuỷ vân trong trường hợp này cũng tương tự như số serial của sản phẩm phần mềm. Mỗi một sản phẩm sẽ mang một thuỷ vân riêng. Ví dụ như các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người. Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phối. + Điều khiển sao chép Điều mong muốn đối với các hệ thống phân phối dữ liệu đa phương tiện là tồn tại một kỹ thuật chống sao chép trái phép dữ liệu. Có thể sử dụng thuỷ vân để chỉ trạng thái sao chép của dữ liệu. Các thuỷ vân trong những trường hợp này được sử dụng để điều khiển sao chép đối với các thông tin. Các thiết bị phát hiện ra thuỷ vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi. Ví dụ như hệ thống quản lí sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật. Thuỷ vân mang các giá trị chỉ trạng thái cho phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được phép sao chép hay “copy once” - chỉ được copy một lần, sau khi copy xong, bộ đọc, ghi thuỷ vân sẽ ghi thuỷ vân mới chỉ trạng thái mới lên DVD. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thuỷ vân phải được bảo đảm an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin gốc. 8 + Giấu tin mật Các thông tin giấu được trong những trường hợp này càng nhiều càng tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa gốc ban đầu. Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm, thay vào đó là thông tin giấu phải được bảo mật. 1.5 Các tiêu chuẩn đánh giá và so sánh các kỹ thuật giấu tin trong ảnh + Tính tín cậy Tính tin cậy là đặc tính của hệ thống tin tực trên mạng có thể trong một điều kiện nhất định vàn trong một thời gian xác định, hoàn thành một chức năng quy định. Tính tin cậy là một trong những yếu tố cơ bản nhất về an toàn của hệ thống., là mục tiêu xây dựng và vận hành của tất cả hệ thống tin tức trên mạng. Tính tin cậy có thể dùng công thực để miêu tả là: R = MTBF/(MTBF+MTTR) Trong đó: R là biểu thị tính tin cậy MTBF biểu thị quãng thời gian trung bình giữa hai sư cố. MTTR biểu thị thời gian trung bình khắc phục hai sự cố. Đối với các kỹ thuật giấu tin trong ảnh, tính tin cậy dựa trên đặc điểm của hệ thống thị giác của con người. Thông tin nhúng là không thấy được, một người với thị giác bình thường không phân biệt được ảnh môi trường và ảnh kết quả. Trong khi Image Hidding yêu cầu tính vô hình của thông tin giấu ở mức cao thì Watermarking chỉ yêu cầu ở một cấp độ nhất định. + Tính khả dụng Tính khả dụng là đặc tính mà tin tức trên mạng được các thực thể có ủy quyền tiếp cận và sử dụng theo yêu cầu, là đặc tính mà dịch vụ tin tức của mạng lưới khi cần thiết cho phép người sử dụng hay thực thể ủy quyền khác sử dụng. Lượng thông tin giấu so với kích thước ảnh môi trường cũng là một vấn đề quan trọng trong một thuật toán giấu tin. Rõ ràng là có thể chỉ giấu 1 bit thông tin vào mỗi ảnh mà không cần lo lắng về độ nhiễu của ảnh nhưng như vậy sẽ rất kém hiệu quả khi thông tin cần giấu có kích thức tính bằng KB. Các thuật toán đều đang cố 9 gắng giấu đạt được mục đích làm thế nào để giấu được nhiều tin mà không gây ra nhiễu đáng kể. + Tính an toàn và bảo mật thông tin Tính an toàn và bảo mật thông tin là đặc tính tin tức không bị tiết lộ bởi người sử dụng khác khi muốn xâm nhập vào. Thuật toán nhúng tin được coi là có tính an toàn và bảo mật nếu thông tin được nhúng không bị tìm ra khi tấn công một cách có chủ đích trên cơ sở những hiểu biết đầy đủ về thuật toán nhúng tin và có bộ giải mã (trừ khóa bí mật), hơn nữa còn có được ảnh đã mang thông tin (ảnh kết quả). Đối với Image Hidding đây là một yêu cầu rất quan trọng. Chẳng hạn đối với thuật toán dò tìm ảnh thứ cấp, kích thước mxn, độ phức tạp vẫn còn lến tới 2mn khi đã biết ma trận trọng số dùng trong quá trình giấu tin. + Tính hoàn chỉnh Tính hoàn chỉnh là đặc tính tin tức mà trong quá trình chuyển dẫn đảm bảo không bị xóa bỏ, sửa đổi, giả mạo, làm rối trật tự, v.v. Tính hoàn chỉnh là một loại tính an toàn tin tức, nó yêu cầu giữ nguyên dang tin tức , tức là tái tạo, lưu trữ, truyền dẫn chính xác tin tức. Yêu cầu cuối cùng là thuật toán phải cho phép lấy lại được thông tin đã giấu trong ảnh mà không cần có ảnh môi trường. + Tính đúng đắn của thuật toán Thuật toán phải thể hiện được sự đúng đắn, cụ thể với dữ liệu vào cho trước, thuật toán hoạt động sau một số bước hữu hạn, bước sẽ dừng và cho kết quả mong muốn. Kết quả mong muốn thường được xác định qua định nghĩa. Để chứng minh tính đúng đắn của thuật toán người ta có thể căn cứ vào một trong ba nhận xét sau đây: 1. Bằng phép thử chỉ có thể phát hiện tính sai của thuật toán chứ không thể khẳng định tính đúng đắn của thuật toán. 2. Muốn khẳng định tính đúng của thuật toán phải tiến hành chứng minh. 10 3. Có thể và nên chứng minh tính đúng đắn của thuật toán bằng cách dựa trên chính văn bản của thuật toán. 1.6 Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin: + Phân tích trực quan Đây là phương pháp đơn giản nhất mặc dù kết quả thường không được đáng tin cậy. Việc phát hiện khả năng một ảnh có giấu tin hay không bằng cách phân tích ảnh một cách trực quan và tìm kiếm những điểm bất thường. Thật vậy, việc thay đổi bảng màu (của một ảnh màu) dù nhỏ để giấu thông điệp bí mật có thể dẫn đến kết quả là sự thay đổi màu sắc lớn trên ảnh gốc. Phương pháp này thường dựa vào quan sát hoặc dùng biểu đồ histogram giữa ảnh gốc và ảnh chưa giấu tin để phát hiện ra sự khác biệt giữa hai ảnh căn cứ đưa ra vấn đề nghi vấn. Với phương pháp phân tích này thường khó phát hiện với ảnh có độ nhiễu cao và kích cỡ lớn. + Phân tích theo định dạng ảnh Hiện nay có nhiều định dạng tệp tin ảnh khác nhau như GIF, BMP, PNG, JPEG. Mỗi loại ảnh có đặc điểm và cấu trúc định dạng tệp tin khác nhau chính vì vậy phương pháp này rất rộng và thường dựa vào các dạng ảnh để đoán nhận kỹ thuật giấu hay sử dụng, như các ảnh bitmap thường hay sử dụng giấu trên miền LSB. Do đó, khi thực hiện giấu tin, chẳng hạn giấu tin theo LSB, sẽ cho sự thay đổi trên ảnh kết quả ở các điểm ảnh khác nhau. Và khi thực hiện phát hiện ảnh giấu tin cũng vậy. + Phân tích theo thống kê Theo Plitzman và Westfeld, lý thuyết thống kê có thể áp dụng để phân tích thống kê các cặp giá trị (cặp giá trị điểm ảnh, cặp các hệ số, DCT, cặp các chỉ số (bảng màu) để tìm sự khác biệt ở bit LSB. Phương pháp này thường đưa ra độ tin cậy cao hơn và đặc biệt là cho tập ảnh lớn. 11 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH SỐ 2.1 Kỹ thuật giấu tin mật Steganography là kỹ thuật được phát triển từ nền tảng của watermarking. Hai phương pháp đầu tiên của waternarking cũng sớm trở thành phương pháp đầu tiên của steganography đó là: kỹ thuật giấu trên LSB của ảnh và kỹ thuật chèn tín hiệu mang thông điệp vào trong ảnh. Trong chương này em sẽ trình bày một số kỹ thuật giấu trên miền LSB của ảnh. 2.1.1 Kỹ thuật giấu tin theo khối bit Kỹ thuật giấu tin theo khối bít và sử dụng tính chẵn lẻ của các khối bit để khôi phục lại thông tin (thường sử dụng các phép toán AND, OR, SUM để tính toán và biển đổi ảnh giấu tin) thường được dùng cho cả ảnh màu, ảnh xám và ảnh đen trắng.Ý tưởng của thuật toán là chia ảnh thành các khối nhỏ và trong mỗi khối nhỏ sẽ giấu một bit b (b =0 hoặc b=1). Thuật toán Input: Ảnh Bitmap đen trắng F và thông điệp cần giấu P. Output: Một file ảnh đã giấu tin F’. Cách thực hiện: Bước 1: Chuyển file thông tin cần giấu P sang dạng nhị phân ta được P’=b1b2…bN. Bước 2: Chia ảnh gốc F thành N khối nhỏ Fi có kích thước mxn. Bước 3: Với mỗi khối Fi (i = 1, 2,…N) ta sẽ tiến hành giấu một bit bi (bi =0 hoặc bi=1) bằng cách biển đổi Fi thành F’i thỏa mãn: 𝑚 𝑛 ∑ ∑ 𝐹𝑖′ (𝑢, 𝑣 ) 𝑚𝑜𝑑 2 = 𝑏𝑖 | 𝑢 = 1. . 𝑚, 𝑣 = 1 … 𝑛 𝑢=1 𝑣=1 Bước 4: Kết hợp các khối F’i ta sẽ thu được ảnh F’ chưa thông tin cần giấu. 12 Ví dụ minh họa: Cho khối B như sau: 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 Khối B có kích thước K = 4x4, Sum (B) = 9. - Giả sử ta giấu bít b=0 vào khối B. Số lượng bít 1 trong khối B là 9, sum (B) = 9. Do đó sum (B) ≠ 0 (mod 2). Như vậy khối B không thỏa mãn yêu cầu. Để giấu bít 0 vào khối B ta thay đổi một bit bất kỳ trong khối, thường là thay đổi tại vị trí của bít thông tin rõ vào bít của khối tương ứng (nếu chúng trái dấu nhau) đổi bít 0 thành bít 1 hoặc bít 1 thành bít 0, ta thu được khối B’. Giả sử ta đổi như sau: Khối B Khối B' 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Hình 2.1 Minh họa giấu bit b = 0 vào khối nhị phân B Khi đó ta có sum(B’) = 8 , do đó ta được sum(B’)  0 (mod 2) - Nếu giấu bít b = 1 vào khối B. Ta có sum(B) = 9 nên sum(B)  1 (mod 2). Khối B được bảo toàn và bit dữ liệu b =1 coi như được giấu. Quá trình tách tin Trong thuật toán này khóa đơn giản chỉ là kích thước của khối, nếu biết kích thước của khối thì dễ dàng giải mã tin theo quy tắc sau: Bước 1: Chia ảnh thành các khối nhỏ với kích thước khối đã sử dụng khai thực hiện giấu tin.